《计算机电介质》PPT课件.ppt

静电平衡导体 静电场第七章导体和介质 7 导体在静电场中 一 静电平衡导体条件 1 静电平衡 当一带电系统的电荷静止时 电场分布不随时间变化 带电系统达到静电平衡状态 1 导体内场强度为零 2 导体外靠近其表面的场强与导体表面垂直 2 均匀导体静电平衡的条件 3 在静电平衡条件下，实心导体的静电性质 等势体是导体 导体表面等势 但导体的电势与外部电场有关 1 电势分布 2 电荷的分布 导体内的净电荷为零 电荷仅分布在导体表面 表面只能带电导体 孤立带电导体 导体表面突出的尖锐部分电荷密度较大 平坦部分电荷面密度较小 表面凹进部分带电面密度最小 孤立导体尖端的电荷多 应用 视频 高压 应用金属尖端强电场 接真空泵或氦气设备 原理 样品形成针尖 针尖和荧光膜之间的高压 样品附近极强的电场使吸附在表面的原子电离 氦离子沿电力线移动 撞击荧光膜引起发光 从而获得样品表面的图像 3 场强分布 证明 导体表面电荷密度 相应的电场强度为 P是导体外靠近导体表面的一点点 写作 证明 与等势体冲突 4 空腔导体的静电性能 高斯表面靠近导体壳内表面S 如果内表面的一部分是正电荷，另一部分是负电荷，则从正电荷到负电荷 空腔导体的电荷仅分布在外表面 1 腔内无带电体 i电荷分布 空腔内无电场 各点场强为零 即 空腔导体电势相等 但其电势受外电场的影响 ii场强分布 iii电势分布 2 腔内有带电体 电荷分布 电场分布 用高斯定理可证 或说 在腔内 腔内电场仅由腔内带电体和壳体的内部形状决定 壳外电荷对壳内电场没有影响 壳外电场仅由壳外情况决定 不受壳内电荷的影响 Q Q Q Q Q Q 封闭导体壳 不管接地与否 内部电场不受外壳电荷的影响 只与内部带电量、内部几何条件和介质有关 接地封闭导体壳外电场仅由外带电体和外部几何条件和介质决定，不受壳内电荷的影响 静电屏蔽 静电屏蔽的装置 接地导体壳 视频 1 介质分子结构 正常情况下 与核球对称分布相比，电子与核球对称分布相比 所有原子的正 负荷中心重叠在一起 1 有极分子 一 静电场中的电介质 7 静电场电介质电极化密度 a HCl 无电场时热运动 紊乱 电中性 2 无极分子 b CH4 a He 2 电介质极化位移极化和方向极化 1 位移极化 无极分子极化示意图 极化电荷 2 取向极化 极分子取向极化示意图 宏观上无限小微观上无限大的体积元 每个分子的电偶极矩 3 电极化强度 1 定义 2 极化强度与极化电荷的数量关系 位移极化 2 dV所有分子电偶极矩的矢量和 极化电荷表面密度 斜圆柱体的体积 二 介质极化的应用 1 微波炉 食物从内到外加热 2 高频电疗 在高频电场的作用下 电介质分子反复极化 3 电容传感器容传感器 以各种电容为传感元件 平行板电容器电容器将被测物理量的变化转化为电容 电容传感器分为三类 变间隙式 变面积式 变介电常数式 一 变间隙式 板间隙变化 d 电容器电容增量 实际应用中 改善非线性 差动常用于提高灵敏度 2与待测物相连 2上移 d 电容器总电容变量 二 变面积型 极板2有位移 a 电容器电容变量 优点 1 C a线性 2 a尺寸不受限制 三 变介电常数测量油箱内油位的电容传感器 传感器的电容 一 电位移矢量 1 极化电场是有势场 2 介质中的高斯定理真空 介质中 以平行板电容器为例 柱形闭合曲面为高斯面 引入 闭合曲面的电位移通量等于闭合曲面包围的自由电荷的代数和 高斯定理有介质 各向同性均匀介质 说明 1 闭合曲面的电位移通量仅与曲面中的自由电荷有关 2 电位移矢量不仅取决于自由电荷的分布 还与极化电荷的分布有关 解 1 做柱形高斯面 又 2 做柱形高斯面 又 说明 1 电位移线从正自由电荷开始 止于负自由电荷 2 电场线从各种正线开始和结束 负电荷 包括自由电荷和极化电荷 3 极化电荷在均匀介质中的产生降低了介质中场的强度 4 电极化强度线从负极化电荷到正极化电荷 总结 1 计算极化强度 2 当电荷分布均匀时 电位移与介质无关 当电荷分布不均匀时 电位移与介质有关 只有A A和B 例 一个点电荷放在介电常数中 在无限大均匀介质中 介质中点电荷产生的场强和电势是多少？ 点电荷在任何空间产生的场强和电势分别是 无限均匀介质中任何点的场强和电势 77静电场能量密度 一 电容器有能量 视频 某一时刻t 电容器两端的电压U t 带电量为q t 1 电容器电量增加dq 外力克服电场力 dW Udq 2 带电电容器Q 外力做功 静电能储存在电容器中 储存在电容器电场的电容器能量 3 电容器的能量 能量密度 适用范围 任意电场

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